徐 磊,楊 勇
(武警警官學(xué)院,成都 610213)
信息化條件下,影響戰(zhàn)斗的因素非常多。一個(gè)分隊(duì)在執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)過(guò)程時(shí),戰(zhàn)斗行動(dòng)方案通常包含很多要素:一方面,在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下,面臨的對(duì)手所采用策略及方案是未知的,另一方面,為了達(dá)成某一作戰(zhàn)任務(wù),戰(zhàn)斗行動(dòng)方案可能會(huì)有多種可能,而指揮員需要關(guān)注最終方案的效果主要有:可行性、可接受性、恰當(dāng)性、應(yīng)變性和風(fēng)險(xiǎn)度5 個(gè)方面[1]。在這種情況下,哪種方案效果最佳?單靠指揮員用人腦對(duì)獲知的所有信息進(jìn)行處理并作出決策是不現(xiàn)實(shí)的。因此,利用兵棋推演系統(tǒng),通過(guò)(OODA)環(huán)中的觀察、判斷、決策等行動(dòng)進(jìn)行多次兵棋推演,推演同一種方案可能產(chǎn)生的結(jié)果,為指揮員決策提供依據(jù)。
作戰(zhàn)方案評(píng)估的方法目前有很多種:數(shù)學(xué)解析法、專(zhuān)家評(píng)估法、作戰(zhàn)仿真模擬法等等[2],大多以仿真作戰(zhàn)行動(dòng)過(guò)程和武器裝備性能為結(jié)果,難以擺脫專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的束縛。而兵棋推演系統(tǒng)作為一套完整的模擬系統(tǒng),可充分體現(xiàn)各方面因素對(duì)戰(zhàn)斗行動(dòng)的影響,如自然環(huán)境和作戰(zhàn)環(huán)境,同時(shí)也能反映指揮謀略、控制手段等“軟因素”對(duì)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)效能的影響。
本文針對(duì)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的動(dòng)態(tài)性提出了采取決策點(diǎn)控制的戰(zhàn)斗行動(dòng)方案,并運(yùn)用兵棋系統(tǒng)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)行動(dòng)方案進(jìn)行推演直至推出戰(zhàn)斗結(jié)果,用戰(zhàn)斗結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)和衡量戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的優(yōu)劣。
因此,本文使用的方法,對(duì)于戰(zhàn)斗行動(dòng)方案評(píng)估的理論和實(shí)踐探索具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
戰(zhàn)斗行動(dòng)方案評(píng)估與想定息息相關(guān),需要根據(jù)不同的想定,分析不同作戰(zhàn)階段和影響因素,并制定不同的戰(zhàn)斗行動(dòng)方案[3]。
本文主要基于分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗進(jìn)行分析,作出以下作戰(zhàn)想定和模型假設(shè)。
作戰(zhàn)想定:基于某作戰(zhàn)任務(wù)條件下的分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。模型假設(shè):①紅、藍(lán)雙方均擁有不同類(lèi)型的作戰(zhàn)力量單元;②紅、藍(lán)雙方按照紅方先手,藍(lán)方后手依次進(jìn)行推演;③雙方的作戰(zhàn)力量單元均具有攻擊能力;④作戰(zhàn)時(shí)限為實(shí)際作戰(zhàn)30 min;⑤紅、藍(lán)雙方作戰(zhàn)單元部署已到位。
如何依據(jù)戰(zhàn)斗結(jié)果評(píng)價(jià)和衡量戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的優(yōu)劣,需要對(duì)主要影響方案制定的因素進(jìn)行描述。
待評(píng)估的戰(zhàn)斗行動(dòng)方案集合,記作A={A1,A2,…,Am},其中m≥1。運(yùn)用戰(zhàn)斗行動(dòng)方案進(jìn)行推演,得到戰(zhàn)斗結(jié)果屬性記為R={R1,R2,…,Rn},其中n≥1。合理制定戰(zhàn)斗結(jié)果屬性,對(duì)評(píng)估戰(zhàn)斗行動(dòng)方案非常有意義。x 是由各個(gè)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案Am的結(jié)果屬性構(gòu)成的戰(zhàn)斗結(jié)果效力函數(shù)集合,是一個(gè)m×n 階矩陣,由G→A×R=X,則有
其中,G 代表推演過(guò)程,當(dāng)有Ai∈A 時(shí),評(píng)估戰(zhàn)斗行動(dòng)方案效力函數(shù)為:
戰(zhàn)斗行動(dòng)方案Ai優(yōu)于Aj,當(dāng)且僅當(dāng)P(Ai)>P(Aj)。通過(guò)上述可以看出,某一戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的戰(zhàn)斗結(jié)果關(guān)鍵是受結(jié)果屬性的影響,下面討論構(gòu)建戰(zhàn)斗結(jié)果屬性。
1.2.1 占領(lǐng)主要及次要目標(biāo)地
在作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中,以最終是否占領(lǐng)主要及次要目標(biāo)地作為衡量戰(zhàn)斗結(jié)果的重要指標(biāo)。因此,在構(gòu)建占領(lǐng)目標(biāo)地戰(zhàn)斗結(jié)果屬性RM時(shí),根據(jù)不同的戰(zhàn)斗行動(dòng)方案Ai,戰(zhàn)斗結(jié)果效力函數(shù)為:
其中,M(RM)為占領(lǐng)目標(biāo)地量化函數(shù),一般以搶占要地的難易程度及重要性進(jìn)行取值。同時(shí)目標(biāo)地的狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變,可用MD表示當(dāng)前目標(biāo)地狀態(tài)是否被占領(lǐng)、被何方占領(lǐng)等等。
1.2.2 剩余作戰(zhàn)實(shí)力與殲滅對(duì)方作戰(zhàn)實(shí)力
1)作戰(zhàn)實(shí)力模型
對(duì)某一作戰(zhàn)力量單元的戰(zhàn)斗實(shí)力大小,依據(jù)所攜帶的武器種類(lèi)、火力指數(shù)、裝甲防護(hù)等級(jí),按不同類(lèi)型數(shù)量累加計(jì)算得到某一作戰(zhàn)力量單元的戰(zhàn)斗實(shí)力。其計(jì)算公式為:
式中,F(xiàn)k為第k 種作戰(zhàn)單元的戰(zhàn)斗實(shí)力;Wl為第l類(lèi)武器;Dl為第l 類(lèi)武器的火力指數(shù);n 為攜帶武器種類(lèi)數(shù)量;Z 為裝甲等級(jí)。
某一方總作戰(zhàn)實(shí)力計(jì)算公式為:
式中:F 為總作戰(zhàn)實(shí)力;Nk為第k 種作戰(zhàn)單元的數(shù)量;Fk為第k 種作戰(zhàn)單元的戰(zhàn)斗實(shí)力。
2)戰(zhàn)斗結(jié)果描述
在作戰(zhàn)過(guò)程中由于對(duì)抗雙方均會(huì)有損耗,所以戰(zhàn)斗結(jié)束后最終剩余作戰(zhàn)實(shí)力直接影響著戰(zhàn)斗結(jié)果。構(gòu)建雙方剩余作戰(zhàn)實(shí)力戰(zhàn)斗結(jié)果屬性和殲滅對(duì)方作戰(zhàn)實(shí)力戰(zhàn)斗結(jié)果屬性時(shí),戰(zhàn)斗結(jié)果效力函數(shù)為:
其中,xixS為紅方剩余作戰(zhàn)實(shí)力;xixJ為紅方殲滅作戰(zhàn)實(shí)力;Fx為紅方總作戰(zhàn)實(shí)力;Fxsh為紅方損失作戰(zhàn)實(shí)力,且有相對(duì)毀傷率LRx滿足下列函數(shù):
xiyS為藍(lán)方剩余作戰(zhàn)實(shí)力;xiyJ為藍(lán)方殲滅作戰(zhàn)實(shí)力;Fy為藍(lán)方總作戰(zhàn)實(shí)力;Fysh為藍(lán)方損失的作戰(zhàn)實(shí)力,且有相對(duì)毀傷率LRy滿足下列函數(shù):
交戰(zhàn)雙方兵力的相對(duì)毀傷率比,記為RLR。則
在分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)中,不同作戰(zhàn)力量單元是相互獨(dú)立的實(shí)體,其戰(zhàn)斗行動(dòng)受時(shí)間、作戰(zhàn)樣式、當(dāng)前狀態(tài)等方面的影響,按一定序列構(gòu)成一系列具有因果關(guān)系的行動(dòng)集合[4]。本文主要采取一種基于戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支和決策點(diǎn)作為戰(zhàn)斗行動(dòng)方案描述方法,可以實(shí)現(xiàn)支持戰(zhàn)斗行動(dòng)方案多分支的描述和可直接用于兵棋推演系統(tǒng)輸入。即:
其中,Lj為戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支,Dk為決策點(diǎn)。
根據(jù)兵棋推演系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)抗對(duì)手戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的未知性與不確定性,可以將戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分解為若干種可能的行動(dòng)方案分支,每個(gè)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支是由一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立的戰(zhàn)斗行動(dòng)元構(gòu)成,則有
Aij為在某一戰(zhàn)斗行動(dòng)方案Ai中的任意一個(gè)戰(zhàn)斗行動(dòng)元,即任意戰(zhàn)斗行動(dòng)分支由有因果關(guān)系的戰(zhàn)斗行動(dòng)元的集合。
本文考慮任意戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支Lj中的戰(zhàn)斗行動(dòng)元主要包含兩個(gè)大方面的因素:機(jī)動(dòng)[5]Am、直瞄武器射擊Ax。
2.2.1 機(jī)動(dòng)Am
機(jī)動(dòng)Am由下列函數(shù)集構(gòu)成:
2.2.2 直瞄武器射擊Ax
直瞄武器射擊Ax,可以由一個(gè)函數(shù)集進(jìn)行描述:
其中:SZ 為射擊狀態(tài),其屬性值是一個(gè)布爾值,用1表示已射擊,用0 表示未射擊;JD 為機(jī)動(dòng)狀態(tài),其屬性值是一個(gè)布爾值,用1 表示已機(jī)動(dòng),用0 表示未機(jī)動(dòng);TS 為可觀察能力,其屬性值是一個(gè)布爾值,用1 表示可觀察,用0 表示不可觀察;TR 為某一作戰(zhàn)力量單元武器的最遠(yuǎn)攻擊距離;MZ 為武器命中敵人后的毀傷效果;MS 為距離攻擊目標(biāo)的距離。
直瞄武器射擊方式主要有行進(jìn)間射擊、機(jī)會(huì)射擊、掩護(hù)射擊和最終射擊等幾種類(lèi)型,分別記為:Ax1,Ax2,Ax3,Ax4,則約束條件分別為:
每個(gè)決策點(diǎn)都包含若干個(gè)決策條件,隨著戰(zhàn)場(chǎng)上的雙方作戰(zhàn)實(shí)力、地形環(huán)境條件、攻擊目標(biāo)等因素的變化,可選擇新的戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支也在動(dòng)態(tài)變化,可用函數(shù)集Dk來(lái)確定決策點(diǎn)。本文主要依據(jù)RLR 的變化考慮兩個(gè)方面的決策點(diǎn),即
其中,DD為確定進(jìn)攻路線;DS為確定攻擊目標(biāo)順序;RLR 為交戰(zhàn)雙方兵力的相對(duì)毀傷率比。
作戰(zhàn)想定:水網(wǎng)稻田地遭遇戰(zhàn)
模型準(zhǔn)備:①紅、藍(lán)雙方均擁有坦克、戰(zhàn)車(chē)和步兵3 種不同作戰(zhàn)力量單元,且各編配2 個(gè)坦克排、2個(gè)戰(zhàn)車(chē)排、2 個(gè)步兵排;②紅、藍(lán)雙方按照紅方先手,藍(lán)方后手依次進(jìn)行推演;③雙方只有坦克力量單元具備進(jìn)行間射擊能力;④作戰(zhàn)時(shí)限為5 個(gè)回合共20個(gè)階段;⑤紅、藍(lán)雙方作戰(zhàn)單元部署已到位;⑥均向主要目標(biāo)地和次要目標(biāo)地發(fā)起攻擊。
根據(jù)前述可計(jì)算得出本文所使用兵棋推演系統(tǒng)紅藍(lán)雙方作戰(zhàn)力量單元戰(zhàn)斗實(shí)力如表1 所示:
表1 作戰(zhàn)力量單元戰(zhàn)斗實(shí)力(以班為單位)
根據(jù)表1 可得在上述想定背景下,紅、藍(lán)雙方的總作戰(zhàn)實(shí)力分別為:
使用的推演平臺(tái)為某戰(zhàn)術(shù)級(jí)計(jì)算機(jī)兵棋推演系統(tǒng),該系統(tǒng)可以同時(shí)支持對(duì)抗雙方以輸入戰(zhàn)斗行動(dòng)方案代碼形式,驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型作戰(zhàn)力量單元的戰(zhàn)斗行動(dòng),且遵循以下推演流程進(jìn)行對(duì)抗,如圖1 所示。
圖1 一個(gè)回合4 個(gè)行動(dòng)階段的推演流程
本文以制定紅方戰(zhàn)斗行動(dòng)方案與藍(lán)方進(jìn)行推演。根據(jù)兵棋推演想定,將效力函數(shù)指標(biāo)主要選取以下3 項(xiàng)戰(zhàn)斗結(jié)果屬性,作為此次戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的評(píng)估指標(biāo)。
1)占領(lǐng)目標(biāo)地(xiM)
目標(biāo)地共分為兩個(gè):主要目標(biāo)地和次要目標(biāo)地,為鼓勵(lì)進(jìn)攻原則,則將占領(lǐng)主要目標(biāo)地等同于殲滅紅方8 個(gè)班坦克的價(jià)值,占領(lǐng)次要目標(biāo)地等同于殲滅5 個(gè)班坦克的價(jià)值。則xiM由4 個(gè)屬性值構(gòu)成:
xiM:{0,50,80,130}
2)紅方剩余作戰(zhàn)實(shí)力(xixS)
整個(gè)推演結(jié)束后,紅方的剩余作戰(zhàn)實(shí)力可由式(6)求得。
3)殲滅藍(lán)方作戰(zhàn)實(shí)力(xixJ)可由式(6)進(jìn)行確定。
最終,評(píng)估效力函數(shù)P(Ai)為
根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)想定和背景,紅方采用不同的主攻方向組合,制訂了4 套戰(zhàn)斗行動(dòng)方案,分別為
1)決策點(diǎn)Dk
主要包括:進(jìn)攻路線DD決策條件為{SZ,SC};攻擊目標(biāo)順序DS決策條件為{LX,F(xiàn)k}。交戰(zhàn)雙方兵力的相對(duì)毀傷率比RLR 決策條件為{0.5,1,1.5,2};
其中:DS的攻擊順序依據(jù)Fk的高低,依次為L(zhǎng)X=TANK,Chariot,soldier,即先攻擊坦克、其次攻擊戰(zhàn)車(chē),最后攻擊步兵。
進(jìn)攻路線DD的決策,依據(jù)SZ,SC(即距離主要目標(biāo)地和次要目標(biāo)地的距離),選擇向主要目標(biāo)地前進(jìn)、向次要目標(biāo)地前進(jìn)、不前進(jìn)。
當(dāng)RLR<0.5 時(shí),決策點(diǎn)Dk不前進(jìn);當(dāng)0.5≤RLR≤1 時(shí),決策點(diǎn)Dk向次要目標(biāo)地前進(jìn);當(dāng)1≤RLR≤1.5時(shí),決策點(diǎn)Dk向主要目標(biāo)地前進(jìn);當(dāng)1.5≤RLR≤2 時(shí),決策點(diǎn)Dk同時(shí)向主要、次要目標(biāo)地前進(jìn);當(dāng)2≤RLR,決策點(diǎn)Dk向主要、次要目標(biāo)地前進(jìn),并全殲敵方;
2)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支Lj
在制定戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支時(shí),充分考慮對(duì)手藍(lán)方的各種可能,所以共制定了12 種戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支,簡(jiǎn)要描述如下:
方案分支L1:沿某路進(jìn)攻,首先向主要目標(biāo)地前進(jìn),利用坦克進(jìn)行快速行進(jìn)間射擊,而后步戰(zhàn)車(chē)快速前進(jìn),最后占領(lǐng)主要目標(biāo)地;
方案分支L2:占領(lǐng)主要目標(biāo)地后,兵力充足情況下攻擊次要目標(biāo)地,最后占領(lǐng)次要目標(biāo)地;
方案分支L3:向主要目標(biāo)地前進(jìn)受阻,則分兵進(jìn)攻次要目標(biāo)地;最后占領(lǐng)次要目標(biāo)地;
……
方案分支L12:占領(lǐng)主要目標(biāo)地和次要目標(biāo)地后,鎮(zhèn)守陣地。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的重復(fù)運(yùn)行法[6],每種戰(zhàn)斗行動(dòng)方案均推演了N 次,下面使用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行分析。
1)對(duì)方案A1推演50 次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2 所示:
表2 A1 推演數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,而后求得期望E 分別為E[xixM]=57.62,E[xixS]=33.52,E[xixJ]=86.67,E[RLR]=1.87。方案A1的戰(zhàn)斗結(jié)果評(píng)估為P(A1)=-62.76。
2)對(duì)方案A2推演50 次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3 所示:
表3 A2 推演數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,而后求得期望E 分別為E[xixM]=73.5,E[xixS]=45.35,E[xixJ]=102.7,E[RLR]=1.10。方案A2的戰(zhàn)斗結(jié)果評(píng)估為P(A2)=-38.6。
3)對(duì)方案A3推演50 次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表4 所示:
表4 A3 推演數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,而后求得期望E 分別為E[xixM]=57.00,E[xixS]=65.80,E[xixJ]=109.91,E[RLR]=0.78。方案的戰(zhàn)斗結(jié)果評(píng)估為P(A3)=70.26。
4)對(duì)方案A4推演50 次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表5 所示:
表5 A4 推演數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,而后求得期望E 分別為E[xixM]=35.71,E[xixS]=33.79,E[xixJ]=77.11,E[RLR]=1.84。方案的戰(zhàn)斗結(jié)果評(píng)估為P(A4)=-113.86。
最終評(píng)估結(jié)果為:
結(jié)果表明,紅方戰(zhàn)斗行動(dòng)方案A4在所有方案中是較為合理的。
現(xiàn)對(duì)4 個(gè)方案的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比分析,如表6 所示:
表6 推演數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
對(duì)于紅方的4 個(gè)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案,其中,方案A1和方案A4受藍(lán)方阻力較大,損傷兵力過(guò)大,尤其是方案,攻占主要目標(biāo)地的概率極低;方案A3占領(lǐng)目標(biāo)地的完成度較方案A2弱一些,但方案A3的相對(duì)毀傷率RLR 較方案A2強(qiáng),因此,可以有效實(shí)現(xiàn)利用自己少量的兵力去消滅敵方更多的作戰(zhàn)力量單元。
基于復(fù)雜地形的水網(wǎng)稻田地遭遇戰(zhàn)是分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)中比較典型的作戰(zhàn)樣式,具有一定的代表性,對(duì)于其他樣式的分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗,在確定相應(yīng)的指標(biāo)后,仍可采用相同的方法和步驟進(jìn)行戰(zhàn)斗行動(dòng)方案評(píng)估。
分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)方案的評(píng)估是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題,為實(shí)現(xiàn)分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)方案評(píng)估,本文提出了基于兵棋推演的一種評(píng)估方法,一是分隊(duì)?wèi)?zhàn)斗行動(dòng)方案評(píng)估分析與效力函數(shù)建立,以戰(zhàn)斗結(jié)果而非專(zhuān)家認(rèn)識(shí)準(zhǔn)則為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn),反映出評(píng)估結(jié)果對(duì)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案的客觀性;二是針對(duì)戰(zhàn)斗行動(dòng)的動(dòng)態(tài)性,采用決策點(diǎn)控制的方法,制定戰(zhàn)斗行動(dòng)方案可能的分支,由傳統(tǒng)的預(yù)先靜態(tài)方案改為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)戰(zhàn)斗行動(dòng)方案,自動(dòng)調(diào)整方案分支并進(jìn)行實(shí)時(shí)推演;三是利用兵棋推演平臺(tái)能夠貼近實(shí)戰(zhàn)進(jìn)行推演,通過(guò)回合制推演而動(dòng)態(tài)演化作戰(zhàn)過(guò)程,得到戰(zhàn)斗行動(dòng)方案演化過(guò)程和逼真的交戰(zhàn)數(shù)據(jù),將“仿真實(shí)驗(yàn)”改為“客觀事實(shí)”。但該方法也有需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方,如效力函數(shù)模型的多樣性還可以進(jìn)一步豐富,另外,評(píng)估的客觀性完全依賴(lài)于兵棋推演取得的數(shù)據(jù),因而還需要對(duì)決策點(diǎn)和戰(zhàn)斗行動(dòng)方案分支進(jìn)一步地優(yōu)化和細(xì)化。